フォン・ノイマンとハーバードのアーキテクチャ: 違いと比較

コンピュータを設計する前に、コンピュータのアーキテクチャが必要です。 設計は、コンピューターのマイナス点とプラス点を知るのに役立ちます。

抜け穴も事前にわかっているため、メーカーの予算もわかります。 このように、マイクロコンピュータのアーキテクチャにはさまざまな種類があり、その XNUMX つがフォン・ノイマン アーキテクチャとハーバード アーキテクチャです。

主要な取り組み

1. フォン ノイマンのアーキテクチャは、単一のメモリを使用してデータと命令を格納しますが、ハーバードのアーキテクチャは個別のメモリを使用します。
2. ハーバード アーキテクチャでは、データと命令の同時フェッチにより命令の実行が高速化されますが、フォン ノイマン アーキテクチャではボトルネックの問題が発生する可能性があります。
3. フォン ノイマンのアーキテクチャはよりシンプルで費用対効果が高いのに対し、ハーバードのアーキテクチャはより複雑で効率的です。

フォン・ノイマン vs ハーバード・アーキテクチャー

フォン・ノイマンとハーバードの違い アーキテクチャ 両方とも異なるアーキテクチャを持っているということです。 フォン・ノイマン CPU 単一のメモリ接続があります。 一方、ハーバードアーキテクチャではRAMとROMの接続が異なります。 フォン ノイマンのハードウェア要件は、ハーバード アーキテクチャと比較して少ないです。 ハーバードは、フォン ノイマン アーキテクチャと比較して高速です。

フォン・ノイマン建築はプリンストン建築としても知られています。 アーキテクチャは最初に設計されました。これはデジタル コンピュータであるマイクロコンピュータの設計です。

この設計のコンポーネントには、演算およびプロセッサ ユニットと制御ユニットで構成される CPU が含まれます。 データと命令を保存するためのストレージと追加のストレージも備えています。

ハーバード・アーキテクチャーは、ハーバード・マークに由来する名前のデザインです。 このデザインは現代的なデザインです。 デザインはアンとは対照的です。 ROM と RAM の別個のユニットを備えたハーバード アーキテクチャ。

このハーバードは、ハードウェアもより多く必要とします。 ただし、コンピューター自体は機能を初期化できないため、この設計ではプロセッサが必要です。

比較表

比較のパラメータ	フォン・ノイマン	ハーバードアーキテクチャ
定義	フォン ノイマンは、シンプルで単一のメモリ接続を使用するコンピューターの設計です。	ハーバード アーキテクチャは、個別の RAM と ROM を備えた最新の設計です。
設計	設計はシンプルで、同じパスを使用して命令を取得し、データを保存します。	RAM と ROM の接続が分離されているため、Von Neumann に比べて設計が複雑です。
Hardware	ハードウェア要件は、ハーバード アーキテクチャに比べて少なくなります。	ハードウェアは、フォン ノイマンに比べてハーバード アーキテクチャの方が多く必要です。
速度	プロセッサの速度は、ハーバード アーキテクチャに比べて遅くなります。	ハーバードの方がスピードがあります。 ハーバード アーキテクチャで設計されたコンピュータには、より多くのスペースが必要です。
物理空間	物理的なスペースは、ハーバード アーキテクチャのコンピューターと比較して、フォン ノイマン コンピューターに必要なスペースが少なくて済みます。	Harvard Architecture では、物理的なスペースがさらに必要になります。
内部メモリ	メモリとプログラムが同じスペースを共有するため、内部メモリが無駄になりません。	ハーバードの内部メモリは、命令メモリとデータメモリが同じスペースを使用できないため、どこかで無駄になっています。
実行方法	実行命令は、保存されたプログラムまたは指定された命令から取得できます。 したがって、両方を一緒に取ることはできません。	実行中の命令は複雑で、入力とプログラムに格納されているプログラム命令が同時に取得されるため、少し遅くなります。

フォン・ノイマン建築とは？

フォン ノイマンは、昔使われていたコンピューター マシンの設計です。 多くの単純なコンピューターは、依然としてフォン ノイマン設計を使用して、単純化または他のトレーニングに使用されるコンピューターを製造しています。

古いバージョンのプログラムは非常に容量が大きく、バグが発生した場合にはシステム全体を再配線し、設計をやり直す必要がありました。 これには非常に時間がかかり、費用もかかりました。 しばらくして、バージョンが進化しました。

フォン ノイマン アーキテクチャは、保存されたデータと命令を同時に処理できないコンピューターです。 この欠点は、保存されたデータと命令の両方の入力パスが同じであるためでした。

これは、多くのボトルネックと呼ばれるアーキテクチャのコンピューターの速度も低下させます。

フォン ノイマンはハーバード アーキテクチャと比較すると単純で、コンピュータ内で情報と命令をフェッチする経路が XNUMX つだけです。 フォン ノイマン アーキテクチャの例としては、基本的な数学を行うために使用される卓上電卓があります。

ハーバード建築とは？

ハーバード アーキテクチャは、XNUMX つの個別の RAM プロセッサと ROM プロセッサを必要とするコンピュータです。 RAM と ROM が分離されているため、このタイプのアーキテクチャではハードウェアの必要性も増加しました。

プログラムはこれらのシステムにすでにインストールされているため、ユーザーからの入力を受け付けます。 指示にアクセスし、同時に入力することができます。 これにより、システムの速度が低下します。

ハーバード アーキテクチャ CPU は、ここ数年で多くの時間をかけて開発されました。 メイン メモリの使用状況は、コンピューターのパフォーマンスに影響するため、監視する必要があります。

使用されるメイン メモリが多いほど、システムの速度は速くなります。 メモリへのアクセスは高速化されますが、信号ルーティングのおかげで、少量しか役に立ちません。

ハーバード アーキテクチャでは、頻繁に使用されるデータもキャッシュに保存されます。

このアーキテクチャにはキャッシュを保存するという利点があり、電力にも優しいです。 このアーキテクチャのアプリケーションは、デジタル信号プロセッサで使用されていることを示しています。 オーディオやビデオ内の音波を検出するために使用されます。

ハーバード アーキテクチャは、データを処理するマイクロコントローラーにも役立ちます。 マイコンにはデータメモリとフラッシュメモリが搭載されています。

フォン・ノイマンとハーバード・アーキテクチャーの主な違い

1. フォン・ノイマンはハーバード建築と比べるとシンプルなデザインです。 
2. フォン・ノイマン大学には命令とインストールされたプログラムのための同じ経路がありますが、ハーバード大学には別のユニットがあります。 
3. フォン・ノイマン大学はユーザーまたはプログラムのいずれかから指示を受け取ることができますが、ハーバード大学は両方を同時に受け取ることができます。 
4. ハーバード アーキテクチャでは、フォン ノイマンに比べて物理的なスペースがより多く必要でした。 
5. ハーバード アーキテクチャの内部メモリは、データ メモリとプログラム メモリが異なる場所に格納されるため無駄になりますが、フォン ノイマンでは両方に同じスペースがあります。 
6. Von Neumann の速度は、Harvard Neumann よりも優れています。

参考文献

1. https://dl.acm.org/doi/abs/10.5555/1059888.1059898
2. https://science.sciencemag.org/content/334/6052/61.abstract

最終更新日 : 14 年 2023 月 XNUMX 日